802.11b无线通信技术及其在工控网中的应用

　　议模型，分析了802.11b 终端设备无线接入工控网的原理，探讨了工业控制网络中802.11b 无线网关硬件和软件的实现方法。

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　　0 引言

　　工业控制网络系统一般由两个网段组成：过程监控层L2网段和现场设备层L1 网段。现场设备层L1 网段用于工业生产现场的各种现场设备之间以及现场设备与L2 网段的连接;过程监控层L2 网段主要用于控制室仪表、装置以及人机接口之间的连接。工业控制网络的物理层与数据链路层采用IEEE 802 标准，可与以太网设备互联，实现数据从现场级到管理、监控级的“无障碍”传输[1]，工业控制网络拓扑结构如图1 所示。

　　1 802.11b 接入工控网

　　1.1 802.11b 接入工控网的系统模型

　　接入模式分为802.11b 无线网关接入和点对点接入[2]。网关接入采用主从接入方式，所有802.11b 无线终端设备与802.11b 无线网关连接，由802.11b 无线网关负责无线通信管理和与有线网络的连接。点对点接入方式就是每个802.11b无线终端设备可在无线网络覆盖范围内移动，建立无线终端设备到无线终端设备的点对点的连接，802.11b 无线终端设备之间的通信不需要802.11b 无线网关的干预。现场设备接入工控网络的协议模型如下页图2 所示。

　　协议模型中，RF 物理层具有载波监听，传送和接收等功能[3-4]。MAC、802.1d 桥接协议和802.2LLC 是802.11b 协议模型第2 层。MAC 层具有无线介质访问，网络连接以及提供数据验证和保密等功能。LLC(逻辑链路控制)层定义了所有802LAN 类型的差错控制，具有传统数据链路控制协议的相似功能，提供寻址和数据链路控制服务。802.1d 是由IEEE 定义的连接不同类型的局域网(有线和无线)的桥接协议。每个LAN 都有其独立的MAC。802.1d 桥接协议由MAC层提供服务，而且对802.2LLC 和网络层协议是透明的。802.11b 使用802.2 标准定义的LLC 和802 系列标准的48 位MAC 地址，这使得无线和有线之间的连接非常方便。

　　1.2 系统通信原理

　　802.11b 终端设备与工控网设备之间、802.11b 终端设备相互之间的通信过程描述如下：

　　802.11b 终端设备→工控网络通信时， 802.11b 无线网关按照802.11b 协议接收802.11b 终端设备的数据包并按IEEE802.3 协议进行封装后，转发到工业控制网络;工控网络→现场设备通信时，802.11b 无线网关将工控网络传来的数据包按802.11b 协议进行封装后，发送到802.11b 终端设备;802.11b 终端设备→802.11b 终端设备通信时，若通信双方同时处于对方的无线覆盖区域，则可直接进行通信;若通信双方处于不同无线基本服务区域BSS(Basic Service Set)，可以先通过某一802.11b 无线网关进入工控网络(无线→有线)，再由别的802.11b 无线网关发送给相应的无线终端设备(有线→无线)。